(57)【要約】【課題】  高い力学的およびセンシング信頼性を兼ね備えつつ、フレキシブル性および耐環境性に優れ、かつ低コストな圧電センサを提供する。【解決手段】  第１配線層１０６ａおよび第２配線層１０６ｂの外面側が、それぞれフッ素樹脂層１０５ａおよびフッ素樹脂層１０５ｂによって覆われている。これにより、機械的強度および耐環境性（湿度、酸、紫外線による劣化）の向上を図ることが可能となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧導電性弾性部材(101,201)の弾性変形に応じた電気抵抗値の変化に基づき加圧状態の検出を行なうための圧電センサ(100,200)であって、
前記感圧導電性弾性部材(101,201)の第１主面側に設けられる第１配線層(106a,206a)と、前記感圧導電性弾性部材(101,201)の第２主面側に設けられる第２配線層(106b,206b)とを備え、
前記第１配線層(106a,206a)は、前記感圧導電性弾性部材(101,201)の第１主面側に設けられる第１金属配線層(104a、204a)と、この第１金属配線層(104a、204a)を覆うように設けられる第１被覆層(105a、205a)とを有し、
前記第２配線層(106b,206b)は、前記感圧導電性弾性部材(101,201)の第２主面側に設けられる第２金属配線層(104b、204b)と、この第２金属配線層(104b、204b)を覆うように設けられる第２被覆層(105b、205b)とを有する、圧電センサ。
【請求項２】
前記第１金属配線層(104a、204a)および前記第２金属配線層(104b、204b)は、めっき層である、請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項３】
前記第１被覆層(105a、205a)および前記第２被覆層(105b、205b)はフッ素樹脂層である、請求項１または２に記載の圧電センサ。
【請求項４】
前記感圧導電性弾性部材(101)の第１主面と前記第１配線層(106a)との間において、前記感圧導電性弾性部材(101)の第１主面側に第３金属配線層(102a)が設けられ、前記第１金属配線層(104a)側に第１異方性導電層(103a)が設けられ、
前記感圧導電性弾性部材(101)の第２主面と前記第２配線層(106b)との間において、前記感圧導電性弾性部材(101)の第２主面側に第４金属配線層(104b)が設けられ、前記第２金属配線層(102b)側に第２異方性導電層(103b)が設けられる、請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項５】
前記第３金属配線層(102a)および前記第４金属配線層(102b)は、めっき層である、請求項４に記載の圧電センサ。
【請求項６】
前記感圧導電性弾性部材は、感圧導電性シリコンゴムである(101,201)、請求項１から５のいずれかに記載の圧電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は圧電センサに関し、より特定的には、圧電センサの新規な構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の様々な産業や日常社会を支えるセンサとして、環境計測用センサ（例えば温度やガス濃度など）、産業・家庭機械やロボットなどの制御用センサなどが多数実用化されている。特に人間と機器とを結びつけるヒューマンインターフェース型センサは、ヒューマノイド型ロボットの発展や医療介護機器、あるいはアミューズメント機器の利用拡大につれその重要性が益々高まりつつある。これらセンサの多くは物理的現象の変化を捉えるものであるが、人間がインタラクティブに接するセンサの場合、押す、引っ張る、撫でる、捻るなどの行為によって発生する力（応力）または変位を入力情報として用いている。
【０００３】
この様なセンサとして種々なものが提案され応用されているが、その一つに圧電センサが挙げられる。この圧電センサは、所定以上の圧力により加圧された場合の回路抵抗値の変化に対応して、加圧力のセンシングを可能としている。図５に、この圧電センサの構造の概略を示す。外観としては、様々な形状を有しているが、一般的なものとして一辺の長さが０．３ｍｍ〜５．０ｍｍ程度の矩形形状を有している。その厚み方向においては、内部に加圧力に応じて導電特性が変化する感圧導電性ゴム３０１（約１ｍｍ程度）が設けられ、この感圧導電性ゴム３０１を挟み込むように、金属板電極３０２ａ，３０２ｂ（約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）が配設されている。金属板電極３０２ａ，３０２ｂの表面は、樹脂フィル等により封止されている（図示省略）。このような、圧電センサを開示する文献としては、下記特許文献１および特許文献２が挙げられる。
【０００４】
このような構成からなる圧電センサにおいては、近年、長期使用、過酷な条件下使用での素子破壊（湿度、酸、紫外線による劣化）といった問題が指摘されている。すなわち、圧電センサの適用範囲の拡大に伴い、高い力学的信頼性およびセンシング信頼性を兼ね備えつつ、フレキシブル性および耐環境性に優れ、かつ低コストな圧電センサの開発が広く、かつ強力に望まれている。
【特許文献１】特開平０９−０１７２７６号公報
【特許文献２】特開平０６−２８１５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、圧電センサにおいて、長期利用や過酷な条件下でのセンサ破壊が指摘されている点にある。したがって、この発明の目的は、高い力学的信頼性およびセンシング信頼性を兼ね備えつつ、フレキシブル性および耐環境性に優れ、かつ低コストにより製造可能な圧電センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に基づいた圧電センサにおいては、感圧導電性弾性部材の弾性変形に応じた電気抵抗値の変化に基づき加圧状態の検出を行なうための圧電センサであって、上記感圧導電性弾性部材の第１主面側に設けられる第１配線層と、上記感圧導電性弾性部材の第２主面側に設けられる第２配線層とを備えている。さらに、上記第１配線層は、上記感圧導電性弾性部材の第１主面側に設けられる第１金属配線層と、この第１金属配線層を覆うように設けられる第１被覆層とを有し、上記第２配線層は、上記感圧導電性弾性部材の第２主面側に設けられる第２金属配線層と、この第２金属配線層を覆うように設けられる第２被覆層とを有する。
【０００７】
上記圧電センサの他の形態として、上記第１金属配線層および上記第２金属配線層は、めっき層である。
【０００８】
上記圧電センサの他の形態として、上記第１被覆層および上記第２被覆層はフッ素樹脂層である。
【０００９】
上記圧電センサの他の形態として、上記感圧導電性弾性部材の第１主面と上記第１配線層との間において、上記感圧導電性弾性部材の第１主面側に第３金属配線層が設けられ、上記第１金属配線層側に第１異方性導電層が設けられ、上記感圧導電性弾性部材の第２主面と上記第２配線層との間において、上記感圧導電性弾性部材の第２主面側に第４金属配線層が設けられ、上記第２金属配線層側に第２異方性導電層が設けられる。
【００１０】
上記圧電センサの他の形態として、上記第３金属配線層および上記第４金属配線層は、めっき層である。
【００１１】
上記圧電センサの他の形態として、上記感圧導電性弾性部材は、感圧導電性シリコンゴムである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に基づいた圧電センサによれば、第１配線層および第２配線層の外面側が、それぞれ第１被覆層および第２被覆層によって覆われている。特に、この第１および第２被覆層にフッ素樹脂層を用いることにより、機械的強度および耐環境性（湿度、酸、紫外線による劣化）の向上を図ることが可能となる。また、第１金属配線層および２金属配線層をめっき層とすることで、フッ素樹脂層と併せて、強度を維持したままでの薄膜化を図ることができるため、外部から加えられる圧力における感圧導電性弾性部材の応答性を向上させ、より人間の感覚に近い応答性を実現させることが可能になる。また、圧電センサ自体の薄膜化、微細化およびフレキシブル性の向上を図ることも可能になる。また、フッ素樹脂層を用いることにより、形状、着色、および触感の自由度の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
また、感圧導電性弾性部材と配線層との間に、異方性導電層および金属配線層を設けることにより、異方性導電層が感圧導電性弾性部材と配線層とを接着させるための接着剤として機能するため、応答速度を維持させた状態で、強固な異相界面の実現、欠陥に起因する自由体積の減少による耐久性の向上を図ることが可能なる。また、圧電センサの内部への水分等の侵入を防止し、圧電センサの耐環境性をさらに向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、図１および図２を参照して、この発明に基づいた実施の形態１における圧電センサについて説明する。なお、図１は、本実施の形態における圧電センサ１００の内部構造を示す断面図であり、図２は、分解断面図である。
【００１５】
（圧電センサ１００の構造）
図１を参照して、本実施の形態における圧電センサ１００は、中央部に感圧導電性弾性部材１０１が設けられている。この感圧導電性弾性部材１０１は、シリコンゴムに感圧導電性材料が混入されており、弾性変形することによりそれ自身の抵抗値が変化するものである。感圧導電性弾性部材１０１の厚みは、約１ｍｍ低度である。感圧導電性弾性部材１０１としては、たとえば、特開２０００−２９９０１６号公報に開示されたものを適用することが可能である。具体的には、非導電性エラストマ中に、粒子径が１０μｍ〜３００μｍのエラストマ粒子と、粒子径が１μｍ〜４０μｍの導電性粒子とをほぼ均一に分散させた変形導電性エラストマを感圧導電性弾性部材１０１として用いることができる。
【００１６】
感圧導電性弾性部材１０１の第１主面および第２主面には、それぞれめっき層１０２ａ、およびめっき層１０２ｂが設けられている。このめっき層１０２ａ，１０２ｂの厚みは、それぞれ約３μｍ程度である。
【００１７】
めっき層１０２ａ，１０２ｂの外側には、接着剤としての役目を有する異方性導電層１０３ａ，１０３ｂがそれぞれ設けられている。この異方性導電層１０３ａ，１０３ｂは、厚み方向にのみ電流を流す機能を有している。
【００１８】
異方性導電層１０３ａ，１０３ｂの外側には、第１配線層１０６ａおよび第２配線層１０６ｂがそれぞれ設けられている。第１配線層１０６ａは、異方性導電層１０３ａ側に設けられるめっき層１０４ａと、このめっき層１０４ａを覆うように設けられるフッ素樹脂層１０５ａとから構成されている。第２配線層１０６ｂも第１配線層１０６ａと同様に、異方性導電層１０３ｂ側に設けられるめっき層１０４ｂと、このめっき層１０４ｂを覆うように設けられるフッ素樹脂層１０５ｂとから構成されている。めっき層１０４ａ，１０４ｂの厚みは、それぞれ約３μｍ程度であり、フッ素樹脂層１０５ａ，１０５ｂの厚みは、それぞれ約５０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００１９】
上記構成からなる圧電センサ１００の製造においては、図２示すように、めっき層１０２ａ，１０２ｂが形成された感圧導電性弾性部材１０１、めっき層１０４ａが形成されたフッ素樹脂層１０５ａ、および、めっき層１０４ｂが形成されたフッ素樹脂層１０５ｂを準備し、異方性導電層１０３ａおよび異方性導電層１０３ｂを介在させた状態で、熱圧着加工を施す。この熱圧着加工においては、第１工程として、加圧力１０ｋｇ／ｃｍ2、１００°Ｃ、１秒、第２工程として、加圧力３０ｋｇ／ｃｍ2、２００°Ｃ、１５秒〜２０秒を施す。これにより、異方性導電層１０３ａおよび異方性導電層１０３ｂを接着剤として、めっき層１０２ａ，１０２ｂと、めっき層１０４ａ，１０４ｂとが圧着接合される。
【００２０】
（作用・効果）
以上、本実施の形態における圧電センサ１００によれば、第１配線層１０６ａおよび第２配線層１０６ｂの外面側が、それぞれフッ素樹脂層１０５ａおよびフッ素樹脂層１０５ｂに覆われていることにより、機械的強度および耐環境性（湿度、酸、紫外線による劣化）の向上を図ることが可能となる。また、めっき層１０４ａおよびめっき層１０４ｂを用いることにより、フッ素樹脂層１０５ａおよびフッ素樹脂層１０５ｂと併せて、強度を維持したままでの薄膜化を図ることができるため、外部から加えられる圧力における感圧導電性弾性部材１０１の応答性を向上させ、より人間の感覚に近い応答性を実現させることが可能になる。
【００２１】
また、圧電センサ１００自体の薄膜化、微細化およびフレキシブル性の向上を図ることも可能になる。また、フッ素樹脂層１０５ａおよびフッ素樹脂層１０５ｂを用いることにより、形状、着色、および触感の自由度の向上を図ることが可能となる。
【００２２】
また、感圧導電性弾性部材１０１と第１配線層１０６ａおよび第２配線層１０６ｂとの間に、異方性導電層１０３ａ，１０３ｂおよびめっき層１０２ａ，１０２ｂを設けることにより、１０３ａ，１０３ｂが感圧導電性弾性部材１０１と配第１配線層１０６ａおよび第２配線層１０６ｂとを接着させるための接着剤として機能するため、応答速度を維持させた状態で、強固な異相界面の実現、欠陥に起因する自由体積の減少による耐久性の向上を図ることが可能なる。また、圧電センサ１００の内部への水分等の侵入を防止し、圧電センサ１００の耐環境性をさらに向上させることが可能になる。
【００２３】
（実施の形態２）
次に、図３および図４を参照して、この発明に基づいた実施の形態２における圧電センサについて説明する。なお、図３は、本実施の形態における圧電センサ２００の内部構造を示す断面図であり、図４は、分解断面図である。
【００２４】
（圧電センサ２００の構造）
上述した実施の形態１における圧電センサ１００においては、異方性導電層を設けている。しかし、本実施の形態における圧電センサ２００においては、異方性導電層を用いない構成を採用している。
【００２５】
図３を参照して、本実施の形態における圧電センサ２００は、中央部に感圧導電性弾性部材２０１が設けられている。この感圧導電性弾性部材２０１は、シリコンゴムに感圧導電性材料が混入されており、弾性変形することによりそれ自身の抵抗値が変化するものである。感圧導電性弾性部材２０１の厚みは、約１ｍｍ低度である。
【００２６】
感圧導電性弾性部材１０１の第１主面および第２主面には、第１配線層２０６ａおよび第２配線層２０６ｂがそれぞれ設けられている。第２配線層２０６ａは、第１主面側に設けられるめっき層２０４ａと、このめっき層２０４ａを覆うように設けられるフッ素樹脂層２０５ａとから構成されている。第２配線層２０６ｂも第１配線層２０６ａと同様に、第２主面に設けられるめっき層２０４ｂと、このめっき層２０４ｂを覆うように設けられるフッ素樹脂層２０５ｂとから構成されている。めっき層２０４ａ，２０４ｂの厚みは、それぞれ約３μｍ程度であり、フッ素樹脂層２０５ａ，２０５ｂの厚みは、それぞれ約５０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００２７】
上記構成からなる圧電センサ２００の製造においては、図４示すように、めっき層２０４ａが形成されたフッ素樹脂層２０５ａ、および、めっき層２０４ｂが形成されたフッ素樹脂層２０５ｂを準備し、熱圧着加工を施す。めっき層２０４ａ，２０４ｂと感圧導電性弾性部材２０１とが圧着接合される。
【００２８】
（作用・効果）
以上、本実施の形態における圧電センサ２００によっても、上記実施の形態１における圧電センサ１００と同様に、第１配線層２０６ａおよび第２配線層２０６ｂの外面側が、それぞれフッ素樹脂層２０５ａおよびフッ素樹脂層２０５ｂに覆われていることにより、機械的強度および耐環境性（湿度、酸、紫外線による劣化）の向上を図ることが可能となる。また、めっき層２０４ａおよびめっき層２０４ｂを用いることにより、フッ素樹脂層２０５ａおよびフッ素樹脂層２０５ｂと併せて、強度を維持したままでの薄膜化を図ることができるため、外部から加えられる圧力における感圧導電性弾性部材２０１の応答性を向上させ、より人間の感覚に近い応答性を実現させることが可能になる。
【００２９】
また、圧電センサ２００自体の薄膜化、微細化およびフレキシブル性の向上を図ることも可能になる。また、フッ素樹脂層２０５ａおよびフッ素樹脂層２０５ｂを用いることにより、形状、着色、および触感の自由度の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に基づく圧電センサは、以下に示す産業への利用が期待できる。
【００３２】
ニューマノイドロボットへの応用（接触圧検出システム、衣類装着圧測定システム、楽器入力用センサシステム、特殊キーなどへの応用）。
【００３３】
医療・介護用製品への応用（介護ベッド用荷重分布測定センサ、介護・医療機器用（車椅子等）のナノセンサ、遠隔手術用コントロールハンドの入力装置用センサなどへの応用）。
【００３４】
自動車用ナノセンサへの応用（高速走行時のタイヤ変形等の高感度モニタ装置用ナノセンサ、タイヤ接触圧・摩擦力測定センサ、剪断応力測定システム、ブレーキセンサ、アクセルセンサなどへの応用）。
【００３５】
スポーツ用ナノセンサへの応用（フレキシブルナノセンサシステム、リモートコントロール機器用入力センサ、二次元グリップ（ゴルフクラブ、テニスラケット）圧測定センサ、競走馬馬脚圧力分布モニタリングシステムなどへの応用）。
【００３６】
ＩＴ・ＩＲおよび電荷製品用ナノセンサへの応用（半導体装置用の微細加機部品（微小接触圧センサ）、パソコン、携帯端末入力用超小型薄型フレキシブル特殊キーパッド、ウエアラブルＰＣ入力装置への展開、帯電防止用の複雑形状部品への展開。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１における圧電センサの内部構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態１における圧電センサの内部構造を示す分解断面図である。
【図３】実施の形態２における圧電センサの内部構造を示す断面図である。
【図４】実施の形態２における圧電センサの内部構造を示す分解断面図である。
【図５】背景技術における圧電センサの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００，２００  圧電センサ、１０１，２０１  感圧導電性弾性部材、１０２ａ，１０２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，２０４ａ，２０４ｂ  めっき層、１０３ａ，１０３ｂ  異方性導電層、１０６ａ，２０６ａ  第１配線層、１０６ｂ，２０６ｂ  第２配線層、１０５ａ，１０５ｂ，２０５ａ，２０５ｂ  フッ素樹脂層。
【図１】
2005265446.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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